En University of Manchester Ph.D. student har utvecklat en prototyp av flexibel värmesköld för rymdfarkoster som kan minska kostnaderna för rymdresor och till och med hjälpa framtida rymduppdrag till Mars.

Värmesköldar används huvudsakligen som bromsar för att stoppa rymdfarkoster att brinna upp och krascha vid inträde och återinträde i en planets atmosfär. Denna design är den första i världen som använder centrifugalkrafter som gör lätta material förstyva för att förhindra utbränning.

Nuvarande rymdfarkosts värmesköldmetoder inkluderar enorma uppblåsbara båtar och mekaniskt utplacerade strukturer som ofta är tunga och komplicerade att använda.

Rui Wu, från Manchester's School of Mechanical, Flyg- och anläggningsteknik, säger att, förutom att vara lätt i designen, är prototypen också "självreglerande". Detta innebär att det inte finns något behov av ytterligare maskiner, minska vikten av rymdfarkoster ytterligare och möjliggöra för lågkostnadsvetenskaplig forskning och återvinning av raketdelar.

Han säger:"Rymdfarkoster för framtida uppdrag måste vara större och tyngre än någonsin tidigare, vilket innebär att värmesköldar kommer att bli alltmer för stora för att hantera."

För att möta denna efterfrågan har Wu och hans team utvecklat en flexibel värmesköld som är formad som en kjol och snurrar som en lila frö. Planeter med atmosfärer, som jorden och Mars, tillåt rymdfarkoster att använda aerodynamiskt motstånd för att sakta ner och prototypens design använder detta för att möjliggöra atmosfäriskt inträde.

"Detta liknar high board dykning, där draget från vatten saktar ner din kropp innan du når botten av poolen, " förklarar Wu.

Det snabba inträdet i jordens atmosfär genererar så mycket värme – över 10, 000 ˚C – att luften runt rymdfarkosten kan brännas till plasma. För säker atmosfärisk inträde, rymdskepp behöver en frontend, eller sköld, som tål hög värme samt en aerodynamisk form som genererar motstånd. Dock, Till skillnad från jorden, Mars -atmosfären är mycket tunn.

"Om jordens återinträde är som att dyka ner i tjock honung, Mars inträde skulle vara som att dyka i vatten, " säger Wu.

Att bära tung utrustning och astronauter, ett område med hög dragkraft behövs. När man går in i jordens eller Mars atmosfärer, rymdfarkoster kräver högkonstruerade sköldar för att undvika uppbränning, generera drag, och stödja tunga laster. Wus design löser potentiellt båda problemen.

Prototypen är gjord av ett flexibelt material som möjliggör enkel förvaring ombord på rymdfarkoster. Detta material, medan den är hopfällbar, är stark och har en hög temperaturtolerans. Skölden är också sydd längs ett speciellt mönster som gör att den kan snurra upp under flygningen, inducerande centrifugalkraft.

Wu ser att hans design hjälper till med rymdbaserad vetenskaplig forskning och räddningsuppdrag i framtiden. Han tillägger:"Mer och mer forskning bedrivs i rymden, men detta är vanligtvis mycket dyrt och utrustningen måste dela en tur med andra fordon.

"Eftersom denna prototyp är lätt och flexibel nog för användning på mindre satelliter, forskning skulle kunna göras enklare och billigare. Värmeskölden skulle också hjälpa till att spara kostnader i återställningsuppdrag, eftersom dess höga inducerade drag minskar mängden bränsle som förbränns vid återinträde. "